У магнитов нашли критическую точку фазового перехода

Исследователи обнаружили в магнитных материалах критическую точку квантового фазового перехода, похожую на ту, что существует у воды и других веществ.

Физики обнаружили аналог критической точки в квантовом материале. Это поможет разработать новые магниты с уникальными свойствами

Любое вещество при определенных условиях может существовать в трех агрегатных состояниях — жидком, твердом и газообразном. Переход между ними называется фазовым. На наших кухнях вода кипит при температуре 100°C. Ее плотность и другие физические характеристики в результате этого процесса сильно меняются. Однако, если мы увеличим давление, температура кипения воды также возрастет.

Это происходит до давления в 221 атмосферу, при котором жидкость кипит при 374°С. Здесь происходит нечто странное: жидкость и газ сливаются в одну фазу. Выше этой «критической точки» фазового перехода вообще нет, и поэтому, контролируя давление, воду можно превращать из жидкости в газ без явного перехода между состояниями. Теперь физики обнаружили квантовую версию такого процесса.

Ученые исследовали квантовый антиферромагнетик SrCu2(BO3)2 (SCBO). Такие материалы позволяют понять, как квантовые аспекты структуры материала влияют на его физические свойства — например, на взаимодействие спинов его электронов, которые обуславливают магнитные свойства. SCBO представляет собой «расстроенный» магнит. Это значит, что его электронные спины не могут стабилизироваться в какой-то упорядоченной структуре, и вместо этого они переходят в уникальные квантовые флуктуирующие состояния.

Авторы работы изучали свойства материала, контролируя давление и напряженность магнитного поля, действующего на него. Оказалось, что при определенных условиях SCBO имеет удельную теплоту, характерную для фазового перехода. Объяснить это явление ученые смогли при помощи компьютерной модели. Теперь авторы планируют использовать результаты исследования для проектирования новых квантовых материалов с важными для практического применения свойствами.

Исследование опубликовано в журнале Nature.